蛇作为一种无腿的特殊爬行动物,具有自身灵活多态的身体结构与全身覆瓦状排列的耐磨鳞片,通过二者的耦合效应,表现出对复杂环境地貌的优越适应能力。根据蛇生活习性,选择半水栖的赤链蛇作为研究对象,探究多种环境下蛇运动接触行为及其鳞片摩擦性能,揭示蛇在复杂环境下的运动策略,为蛇形机器人的运动系统提供有效的仿生设计依据。首先运用三维动作捕捉系统,探究了赤链蛇在多种环境下的运动学规律。试验结果表明,赤链蛇利用身体肌肉,依靠侧部和腹部鳞片与接触面相互交替配合,形成手风琴式张合形态,实现多环境下蛇伸缩式运动。通过改变粗糙度、干湿性等接触环境,观测蛇运动参数及接触点个数,发现蛇通过肌肉调控身体进行位移,并在确保运动稳定性条件下,调整运动速度。其次综述了当前国内外动物运动接触力学测试装置,并根据蛇生活习性,设计搭建了赤链蛇运动接触力学测试装置,探究蛇在不同运动空间内运动时身体移动单元受力变化。试验结果分析发现,赤链蛇在通道内运动时,与其身体单元接触的传感器显示的接触力接近,但随着通道宽度的增加,腹部接触力增大,表明蛇具有重新分配自身体重的功能,也证明随通道宽度增大,蛇前进的主要动力来源逐渐转变为腹部接触力提供。最后运用多功能摩擦磨损试验机,探究了不同粗糙度下,腹部鳞片的摩擦润滑性能。试验数据表明,湿环境下腹鳞的摩擦因子要大于干环境下腹鳞的摩擦因子,且干环境下,随着滑行速度的增加,腹鳞摩擦因子呈现降低趋势,而湿环境下,随着滑行速度的增加,腹鳞摩擦因子却呈现增大的趋势,表明蛇依靠腹部接触力运动时,随着环境的改变,蛇通过调控腹部鳞片相关性能实现周期、速度和位移的改变。